Будущее настоящего прошлого - В. Нюхтилин

Если вспомнить здесь великое открытие Мопертюи о том, что в природе всегда для каждого необходимого взаимодействия применяется минимально необходимое количество энергии, то, как раз именно свет это прекрасно демонстрирует своими возможностями. Квант — минимум энергии, и самое минимальное действие. Чем большая насыщенность у света, тем больше в нем квантов и, соответственно, энергии, и тем большее действие может быть им произведено. Если свет знает, где и сколько нужно ему затратить энергии, он может из своих квантов собрать ровно минимально необходимый для этого потенциал. Для квантовой природы света это всего лишь дело техники, процесс простого сложения минимальных сил, имеющихся в его распоряжении. Свет с этим легко мог бы справиться и действительно всегда мог бы в рассматриваемых нами взаимодействиях соответствовать закону Мопертюи. Естественно, что он для этого должен быть «умным», чтобы уметь избирать наименьшее необходимое усилие. То есть, фотонами должна руководить какая-то информация, которая знает, какой нужен в каждом случае энергетический уровень.

Однако, фотон сам по себе — это не только частица, но и волна. И поэтому его энергетический уровень (квантовый набор) определяется не его массой, скоростью или зарядом, которого у фотона (как у частицы) вообще нет. Энергию он получает совсем от другого — от своей волны.

Именно волновая природа фотона определяет то, с каким усилием будет производить свое механическое действие фотон как частица. Энергия фотона (его рабочее квантовое усилие) строго пропорциональна частоте, то есть, пропорциональна волновой составляющей света. Таким образом, получается, что частота (волновая природа фотона) определяет уровень усилия для совершения работы, а частица (корпускулярная природа фотона) эту работу исполняет в полном соответствии с тем, что задала волна. Зачем мы это повторили еще раз? Чтобы понять окончательно, что «умная» часть фотона находится в его волне. А зачем мы это поняли? Затем, чтобы уяснить, что информация всей работы фотона должна находиться в его волновой составляющей. То есть волна — это ум фотона, это то, чем он понимает.

Определившись, таким образом, с вопросом, где именно хранится информация (в волне), мы получаем очень интересную картину света — волновая природа света знает, куда надо придти и с каким усилием осуществить воздействие, а фотон слушается волну, направляясь туда, куда она приведет, и совершает там работу как частица. Здесь мы подошли к тому моменту, о котором говорили выше как об этапе, который требует определенной смелости для выхода за границы «потрогать и увидеть». Однако здесь нам для подобного шага уже легко набраться смелости, поскольку волновая природа вещества в трактовке самой физики, давно уже совершила этот выход за те пределы, которые сама же физика так свято охраняет.

Атомный мир и квантовые взаимодействия — это как книжка «Раскрась сам», где есть определенные известные точки физической картины, которые соединяются между собой различными теоретическими контурами. Зоны в пределах этих полученных контуров раскрашиваются физиками с помощью различных математических моделей. Во время заполнения таинственной пустоты очередного гипотетически вычерченного контура когда-то и возникло понятие о волновой природе вещества, и возникло оно как противодействие теории квантового скачка. Когда говорят о квантовом скачке, то, естественно, имеется в виду электрон, который перескакивает с орбиты на орбиту. Но при этом часто забывают, что речь-то идет не просто о скачущем электроне, речь идет о переходах из одного состояния в другое целого атома. И весь парадокс этих переходов состоит в том, что атом, (реально существующий атом), в процессе перехода из одного физического состояния в другое не имеет никаких промежуточных физических состояний! Чтобы это понять во всей парадоксальности, представьте себе подростка, с которым вы знакомитесь в электричке, выясняете, что он мечтает стать знаменитым футболистом, беседуете далее, и он прямо в процессе своего монолога, непосредственно между звуками «а» и «б» следующего слова, превращается в старца, который показывает в своем кабинете макеты мостов и виадуков, которые он за всю свою долгую жизнь настроил.

Именно такие чудеса творит с атомом электрон, когда меняет свои орбиты. При этом сам электрон также не имеет никаких промежуточных состояний. Он просто исчезает с одной орбиты и тут же появляется на другой. Это должно произойти абсолютно одновременно, иначе будет нарушен закон сохранения вещества. Смелые Бор и Гейзенберг решили, что не будет большой беды, если поверить в то, что природа в какой-то момент может стать непознаваемой, а вне природы может быть что-то, что этой природой руководит. Эта позиция встретила сильное внутреннее сопротивление Шредингера, который решил бороться за непрерывность материи насмерть, (почти две тысячи лет материя считалась непрерывной в изменениях, а тут — скачки!). Он создал волновую концепцию квантового мира, где вместо скачка было непрерывное пространственное изменение вещества в форме неких волновых пакетов. Но у него получилось, что у этих, спасающих материалистические традиции, волновых пакетов, … нет никакой массы. То есть они, эти волны непрерывной материи, все-таки, — не материальны, поскольку у них нет никакой физической плоти. Так физика перешагнула тот самый порог «потрогать и увидеть». Впрочем, это более оказало влияние на самого Шредингера, который впоследствии склонился к идеалистическому мировоззрению. Основную же массу физиков такими простыми вещами, как нематериальная основа поведения материальных частиц, с толку не собьешь. Поэтому основная масса физиков — не Шредингеры. Но и они все горой стоят за шредингеровскую волновую механику, где электрон направляется некоей непрерывной волной.

При этом электрон в этой волновой теории трактуется как волна-частица сразу. Таким образом, высветилась (только для нас) очень интересная концепция электрона — одна его часть нематериальная (волновые характеристики), а другая — материальная. Опытами это подтверждается. Особенно красив опыт с электронной пушкой. Это — великий опыт. Причем настолько же гениален, насколько прост. Была изготовлена так называемая электронная пушка, то есть устройство, в которое с одной стороны электрон входит, а из другой выходит через отверстие, совпадающее с ним по размеру. Этим образом удалось все электроны перед выстрелом устанавливать в абсолютно одинаковые, просто-таки тождественные начальные координатные условия. Согласно законам баллистики электрон, если он частица, вылетая из пушки, должен преодолеть расчетное расстояние и отметиться на специальном экране черной точкой. Следующий электрон должен был полностью повторить полет предыдущего и попасть в ту же точку, поскольку все электроны одинаковы, а исходная позиция для всех электронов идентична.

И вот стрельба началась. И что же? Ни один электрон не летел по расчетной траектории, и каждый летел туда, куда хотел. Каждый — в новое и непредсказуемое место на экране! Объяснить поведение снаряда, выпущенного из гаубицы, если он после выстрела летит не по баллистике, а куда-то влево «навкоси», а следующий снаряд — вправо и вверх, третий снаряд пошел низом и т. д., совершенно невозможно. Это было бы признано просто кошмарным сном орудийного расчета и руководителей стрельб. Для электрона это точно такой же кошмар. Не надо забывать, что электрон — это реально существующее маленькое ядро, реально вещественная частица материи, и объяснить то, что он летит не по законам баллистики сложно. Но для электрона объяснение нашлось — это его же волновая природа тащит его в разные непредсказуемые стороны, уводя с траектории, которой он строго придерживался бы, будь он только частицей. При этом данную волну назвали «волна-пилот», (то есть тот, кто руководит полетом), но при этом десять раз оговорили, что эта волна-пилот, или «пси-волна» («пси» означает здесь психоидное поведение, то есть с аналогом некоего волевого выбора), не имеет никакой материальной основы. Тоже смелые были люди (Борн и Шредингер).

Но настоящие чудеса начались чуть позже. Когда посмотрели на этот специальный экран, пестрящий черными точками отметин, то увидели, что беспорядочная каждый раз траектория каждого отдельного электрона потихонечку от выстрела к выстрелу складывается в абсолютно упорядоченную картину равномерного распределения попаданий всех электронов! Каждый отдельный выстрел был по результату непредсказуем и случаен, а заключительная картина стрельбы отражала закономерное распределение. От опыта к опыту все повторялось, и, чтобы не прослыть мистиками, все это стали объяснять математической вероятностью. Теоретиком, ведь, безопаснее называться, чем мистиком. Это понятно.